Скорость света - фундаментальная константа

Скорость света – фундаментальная константа? Разрешая противоречия и продвигаясь благодаря этому вперед, познание отыскивает новые парадоксы, ибо самое простое и понятное всегда то, что найдено вчера, а самое сложное и неясное то, что будет обнаружено завтра. Ведь и изучается все ради того лишь, чтобы, завоевав один рубеж, пойти дальше, чтобы вновь встретить неизведанное и потребовать его уточнений. Наука словно бы задалась целью опровергнуть афоризм: «Если что и непонятно во вселенной, так это то, что она вообще поддается пониманию». Действительно, человек каждодневно убеждается, что явления и процессы, казалось бы, сложные, необъяснимые, рано или поздно удается объяснить. Однако, превратив непонятное в понятное, мы тут же устремляемся в новые поиски. Поэтому то, что в настоящую минуту является парадоксом, со временем уже перестает волновать умы, принимается как норма. Вместе с тем на смену старым встают другие противоречия, другие парадоксы. В механике и теории тяготения, созданных гением Ньютона, поначалу видели нечто «туманное» и даже «темное». Но позднее уже сами критики были осуждены как люди «темные» и отставшие от науки. Положения ньютоновских теорий стали классическими, вошли в учебники и не вызывали недоумения. Споры шли теперь не об их истинности, а о природе их достоверности. И, тем не менее, всему своя пора. Назрели новые события. Наука не стоит на месте. И вообще, как заметил английский математик и логик на рубеже последних столетий А. Уайтхед, наихудшим воздаянием гению было бы некритическое принятие тех истин, которыми мы ему обязаны. На помощь механике И. Ньютона пришла объяснить природу непонятная теория относительности. Великое творение А. Эйнштейна – одно из парадоксальных явлений научной мысли. Немногие ученые приняли появление этой теории охотно. Примечателен, например, такой факт. В 1923 году один канадский экономист спросил английского физика Э. Резерфорда, что он думает о теории относительности. «А, чепуха, – ответил он. – Для нашей работы это не нужно». И такое прозвучало в пору, когда теория относительности уже не была в диковину и Э. Резерфорд был не новичок в науке, а всемирно известный естествоиспытатель. Вскоре за научные заслуги он получит от британского правительства титул лорда Нельсона. Поэтому можно понять А. Эйнштейна, который, утвердившись в правоте своих идей и сознавая, что их принятие рушит классические представления, воскликнул: «Прости меня, Ньютон! Ты нашел тот единственный путь, который в свое время был возможен для человека наивысшего полета мысли и наибольшей творческой силы». Все началось с установления факта постоянства скорости света. Эксперимент американского физика из Чикаго А. Майкельсона в конце XIX века показал, что свет может двигаться всегда только с одной и той же скоростью – 300000 километров в секунду. Этот результат грозил чрезвычайными последствиями. (1) Следует упомянуть о порочности убеждения, что критерием истины является эксперимент. Не эксперимент является критерием истины, а правильно сделанный анализ результатов эксперимента. Необходимо постоянно помнить, что открытие неизвестных на момент анализа явлений может в корне изменить ранее сложившееся представление и привести к вынужденной ревизии официально принятого мировоззрения. На сегодняшний день нет причинной конкретизации основных свойств окружающего мира, но установлено множество закономерностей между этими свойствами. Желание объяснять природу, а не просто описывать её свойства, приводит к необходимости пересмотра основных постулатов. Какие же явления были неизвестны на момент анализа результатов эксперимента Майкельсона? Перечислим их: — сжимание стоячих волн (открыто в 1981 г.); — волновая природа вещества (представления квантовой механики). Учёт этих новых явлений при повторном анализе ситуации в корне изменяет представление о произошедшем и позволяет иначе трактовать полученные в эксперименте Майкельсона результаты. Обычно анализ эксперимента Майкельсона сводится к сравнению времени хода лучей во взаимно-перпендикулярных плечах. На основании этого сравнения делается вывод, что при повороте прибора на 90° на выходе должен происходить сдвиг фаз между лучами, а значит и смещение полос интерференции. Но ожидаемого смещения полос в эксперименте не наблюдалось. Почему? Была предпринята попытка объяснить неожиданный отрицательный результат гипотезой сокращения размеров интерферометра вдоль направления движения по правилу L’ =L(1– V 2 /c 2 ) 1/2 . Такое сокращение действительно позволяло бы лучам приходить в область наблюдения всегда в одной фазе. Но появилось неудобство: выдвинутая гипотеза требовала введения дополнительной гипотезы – замедления времени. И хотя Лоренц оформил гипотезу сокращения размеров математически в виде преобразований координат, он и его последователи так и не сумели ответить на вопрос: за счёт чего и каким образом конкретно происходит сокращение размеров, требующее к тому же дополнительной гипотезы замедления времени? Эйнштейн поступил проще – на основании результатов эксперимента он объявил скорость света постоянной во всех инерциальных системах и таким образом ушёл от необходимости ответа на вопрос причинности. Был рассмотрен вопрос интерференции волн не только на выходе интерферометра, но и внутри, на участках между полупрозрачным зеркалом и зеркалами на концах плеч интерферометра. Анализировались параметры стоячих волн, возникающих в плечах в результате суперпозиции прямых и обратных волн. Было показано, что при изменении скорости интерферометра в эфире, происходит изменение длины стоячих волн по правилу: ’ с t =c/ • (1– 2 )/(1– 2 sin 2 ) 1/2 , (1) где: ’ с t – длина стоячей волны в движущейся системе, c – скорость распространения волн в среде, – частота интерферирующих волн, – сокращённое обозначение V/c, V – скорость системы относительно среды, – угол к направлению движения. Интересная особенность данного соотношения в том, что при =0° ’ с t =c/ • (1– 2 ), =90° ’ с t =c/ • (1– 2 ) 1/2 , (2) а при V=0 при любом угле ориентации ’ с t =c/ Это значит, что в изменившем скорость приборе в его плечах должно наблюдаться сжимание стоячих волн в соответствии с (2). Тогда можно провести количественное сравнение: в одном плече стоячих волн будет больше, чем в другом. Но анализ способов реализации эталона длины с помощью интерферометрии показал отсутствие количественной зависимости стоячих волн от ориентации и времени хода – дополнительных стоячих волн в плечах не возникает. Из этого, казалось бы, очевидного факта можно сделать вывод, что в любой инерциальной системе скорость света всегда одна и та же ( c=const ). Но тело интерферометра вещественно и, как мы теперь знаем, имеет волновую природу. На сегодняшний день установлено, что связи между элементами вещества (молекулами и атомами) имеют электромагнитно– волновую природу. В грубом приближении любой вещественный объект можно рассматривать как кристаллическую решётку из электромагнитных стоячих волн, в узлах которой располагаются элементы вещества. Возникает ситуация, в которой изменение скорости меняет динамику волновых процессов, отчего в электромагнитной кристаллической решётке изменяются расстояния между узлами. Это заставляет элементы вещества передислоцироваться, т.е. занять устойчивое положение в изменивших местоположение узлах. Описанный процесс указывает на естественную причину синхронного сокращения размеров интерферометра и стоячих волн в его плечах, а раз так, то полученные в эксперименте результаты естественны. Отсутствие у Майкельсона, Лоренца, Пуанкаре, Эйнштейна, их современников и последователей знания о явлении сжимания стоячих волн и волновой природе вещества, привело к неверной оценке результатов эксперимента и способствовало прибегнуть к вынужденной мере – объявить скорость света одинаковой во всех инерциальных системах. Принцип постоянства скорости света до сих пор считался главным физическим парадоксом, но т.к. других обоснованных предложений не было, его стали класть в основу развиваемого мировоззрения. Делается предположение, что если бы Майкельсон, Лоренц, Пуанкаре и Эйнштейн знали о сжимании стоячих волн и волновой природе вещества, то анализ полученных Майкельсоном результатов был бы иным: эксперимент доказывает наличие зависимости размеров вещественных объектов от их скорости относительно эфира. Дело в том, что скорость света является наивысшей. Природа словно наложила запрет. Никакой сигнал, по крайней мере из тех, что известны, не может распространяться быстрее света. Далее, скорость света постоянна относительно любой инерциальной, то есть движущейся равномерно и прямолинейно, системы отсчета. Это значит, что с какой бы высокой скоростью ни двигалось тело, излучающее свет, по направлению своего движения, скорость светового сигнала будет неизменной – 300 000 километров в секунду. Это и порождало странности. Проведем такой мысленный эксперимент. Допустим, мы имеем ракету, развивающую скорость, близкую к световой, к примеру, 299 000 километров в секунду. Оборудуем ее установкой, способной излучать свет, и приборами, учитывающими время и пройденные расстояния. А теперь направим ракету в сторону некой космической цели. Когда ее скорость достигнет предельной, ракета пошлет в направлении той же цели световой сигнал. И вот что мы обнаружим. По отношению к земному наблюдателю световой сигнал обгонит ракету и будет двигаться впереди нее со скоростью 300000 километров в секунду. И это естественно. Но с такой же скоростью свет будет убегать вперед и по отношению к ракете, хотя она – в системе земного наблюдения – почти не отстает от него. А это уже «противоестественно». Тем не менее, от такого вывода никуда не уйти, ибо световому сигналу безразлично, оставил ли он за собой Землю или летящую с громадной скоростью ракету. Его скорость по отношению и к Земле и к ракете одинакова. Через 1 секунду после того, как свет был выпущен, он пройдет 300000 километров. Заметим это место. Вслед за световым сигналом в той же точке пространства появится ракета. По нашим земным расчетам, луч успел за эту земную секунду обогнать ракету всего лишь на 1000 земных километров. А вот по расчетам приборов на ракете, он сумел убежать от нее за 1 секунду уже на 300000 километров. Эти показания также не укладываются в привычные представления. Остается предположить лишь одно: на нашей ракете приборы отсчитывают другие секунды и другие километры, нежели те, с которыми оперируем мы на Земле. Объясняя эти странности, теория относительности преподнесла целый ряд совершенно парадоксальных решений: новое понимание проблемы одновременности, эффекты сокращения длин и замедления времени, особенно дающие о себе знать при скоростях, приближающихся к скорости света, и другие. Более всего вызывал недоумение вывод о замедлении времени. Проведем еще один мысленный эксперимент. Снова отправим в космическое плавание ракету. На противоположных точках ее боковых стенок помещены источник и приемник светового сигнала, есть и приборы, регистрирующие движение света, и даже экспериментаторы, отмечающие показания приборов. Когда ракета-корабль наберет высокую скорость, ее экипаж посылает с одного борта на другой световой сигнал. С точки зрения наблюдателя, находящегося внутри ракеты, свет пройдет расстояние, равное ширине помещения, то есть длине перпендикуляра, опущенного с одного борта на противоположный. Однако внешний наблюдатель, от которого ракета удаляется, скажем, наблюдатель на Земле, получит иные результаты. Поскольку корабль движется, то согласно показаниям земного наблюдения тот же световой сигнал пройдет отрезок, равный уже длине гипотенузы треугольника. Одна сторона этого треугольника – путь, который прошел наш корабль (за время, пока свет достиг приемника), а другая – ширина корабля. Но что же происходит? Получается, что световой сигнал, движущийся от одного борта ракеты к другому, пробегает разное расстояние (то большее, то меньшее), хотя движется относительно этих наблюдателей с одной и той же скоростью. Это типичный парадокс: из принятых положений вытекают противоположные, друг друга исключающие следствия. Спасение от парадокса и несла теория относительности. Однако несла ценой признания также парадоксального допущения: в движущихся системах время замедляется. Поэтому свет и успевает за это «растянувшееся» в движущемся корабле время пробежать нужное расстояние. Притом чем выше скорость, тем сильнее замедление. Конечно, расстояние также в этих условиях претерпевает изменения, испытывая сокращения. Итак, время относительно. Его течение зависит от условий наблюдения. Этим А. Эйнштейн и опроверг укоренившуюся аксиому об абсолютности времени. Более зримо необычность новой теории представлял «парадокс близнецов». Если один из братьев-близнецов отправится в длительное космическое путешествие, то он вернется... в свое будущее. Поскольку время на корабле – в силу большой скорости – будет протекать замедленно, то и наш космонавт станет изменяться медленнее, чем если бы он продолжал жить в земных условиях. Между тем другой брат, оставшийся на Земле, за это время (время путешествия) состарится ровно на столько, сколько ему определено земным обитанием. Стало быть, когда братья встретятся, разница в их возрасте окажется тем значительнее, чем дольше и чем с большей скоростью продолжалось путешествие. Теория относительности вызвала колоссальные сдвиги в умах. Как отмечал известный английский математик Г. Харди, если бы не было А. Эйнштейна, физическая картина мира была бы иной. Но вот едва успели не то чтобы привыкнуть, а скорее смириться с положениями теории относительности, как на глазах рождается новая парадоксальная идея. Собственно, а почему не может быть скоростей больших, чем скорость света? Опираясь на это предположение, допускают существование частиц, могущих быть носителями таких сверхсветовых сигналов. Их назвали тахионами. Тахионы наделяются способностью двигаться с какой угодно большой скоростью, но она не может быть меньше скорости света. Больше – пожалуйста, но меньше... Здесь положен запрет, только он проходит с другой стороны светового барьера. Как на дуэли, барьер переходить нельзя. Верно, и «дуэлянты» тут неравноправны. Если для движения тел, рассматриваемых в теории относительности, скорость света является наивысшей, то для тахионов она, напротив, самая низкая. Как меняются представления! Когда-то мысль о том, что скорость света – предел возможных передвижений, казалась парадоксом. А ныне парадоксальными объявляются уже попытки зарегистрировать сверхсветовые скорости. Свидетельства уменьшения скорости света. (2) Несмотря на то, что константы являются общепринятой основой физики, с 30-х годов прошлого века регулярно раздавались голоса сомнения в их постоянстве. Сомневающиеся допускали, что такие константы, как скорость света или заряд электрона, могли меняться во времени при неизменности уравнений, в которые они входят. Модная сегодня теория струнной структуры Вселенной включает в себя положение о таком изменении. Приведем краткий обзор доказательств уменьшения скорости света и следствий более высокого значения скорости света в прошлом. Некоторые предположения основаны на результатах измерений и бесспорных законах науки; другие же могут быть названы умозрительными. Однако и те, и другие предлагают объяснение наблюдаемых явлений, многие из которых долгие годы не давали покоя ученым - такие, например, как высокая изотропность космического фонового излучения или движение материи дальних галактик со скоростями, во много раз превышающими скорость света. Для сторонников креационной теории уменьшение скорости света и "констант" радиоактивного распада означает пересмотр отношения к возрасту Вселенной - всего несколько тысяч лет вместо нескольких миллиардов. *** В 1675 году Рюмер ( Roemer ) рассчитал скорость света (обозначаемую с ) с помощью определения периода вращения спутника Ио вокруг планеты Юпитер. Он отметил, что когда Земля и Юпитер удалялись друг от друга по своим орбитам, период обращения Ио был больше, чем когда они приближались друг к другу. Эти различия наблюдаемого периода были вызваны изменением расстояния, которое свет должен пройти между Юпитером и Землей. Измерения с помощью этого метода проводились несколько раз на протяжении многих лет. Скорость света может быть также измерена с помощью астрономического телескопа ( метод Брэдли ). Когда Земля движется в космосе, угол, под которым видна какая-либо звезда, зависит от скорости движения Земли (известной) и от скорости света. Когда полгода спустя Земля движется в противоположном направлении относительно данной звезды, угол, под которым видна звезда, соответственно изменяется. С помощью этих векторов можно вычислить скорость света. Третий метод - использование вращающегося зубчатого колеса для расщепления луча света, светящего через это колесо на дальнее зеркало, от которого он затем отражается. При определенной скорости вращения колеса возвращающийся луч света блокируется очередным зубцом, провернувшимся в положение, где прежде был просвет между зубцами. Зная расстояние между колесом и зеркалом и скорость вращения колеса, можно рассчитать скорость света с . Это - всего лишь три из шестнадцати способов измерения с , результаты которых рассмотрены Бэрри Сеттерфилдом ( Barry Setterfield ). Некоторые из этих результатов показаны на графике, из которого становится очевидным уменьшение скорости света со временем. Это уменьшение не линейно, поэтому выводы о значении скорости света в любой момент времени, предшествовавший измерениям, могут быть сделаны только на основе определенных допущений. В своей первой работе Сеттерфилд предположил, что кривая уменьшения с соответствует функции cosec 2 . Однако обсуждение с участием астрономов показало, что форма зависимости, скорее всего, связана с Космологической константой, а получающаяся в результате кривая принимает форму квадратного корня из экспоненциально убывающей синусоиды. Если экстраполировать любой из этих графиков в прошлое, получается, что всего шесть или семь тысяч лет назад скорость света была бесконечна! По закону сохранения энергии, если с уменьшается во времени, то и некоторые другие физические "константы" тоже должны изменяться. Например, постоянная Планка, h , должна увеличиться, чтобы выражение Е= hc / l осталось неизменным. Сеттерфилд исследовал значения ряда таких физических констант с учетом даты их измерения. Он выяснил, что каждая из них обнаруживает эту тенденцию, что и должно происходить, если скорость света действительно уменьшается. Это - косвенное подтверждение предположения об уменьшении с . Оценка предполагаемого уменьшения с. Некоторые ученые отрицают возможность убывания с , объясняя уменьшение ее значения несовершенством измерений в прошлом. Но если бы дело обстояло так, то имелся бы разброс значений в обе стороны от действительной постоянной величины, т.е. измеренные значения были бы то выше, то ниже. Однако же результаты показывают устойчивое уменьшение. Данное наблюдение вызвало в прошлом серьезную полемику в научных журналах. Например, в журнале Nature за 4 апреля 1931 года, с.522, Де Брэй ( De Bray ) спрашивает: « Если скорость света - константа, то как же получается, что каждое новое измерение неизменно дает значение ниже предыдущего?.. Существуют двадцать два совпадения в пользу уменьшения скорости света, и ни единого – против». Любопытно, что Майкельсон с помощью одного и того же метода вращающегося зеркала измерял скорость света с 1879 по 1926 год - в течение целых 47 лет. Его результаты показывают устойчивое понижение скорости света, в соответствии с результатами других ученых. Недавно, рецензируя работу Сеттерфилда, Аардсма ( Aardsma ) проделал статистический анализ последних полученных значений с , показавший, что скорость света оставалась неизменной. Те измеренные значения, которые были менее точными, в расчет не принимались. Но, поскольку отвергнуты были именно значения, полученные давно, задолго до нынешнего значения с , вывод Аардсма о постоянстве с становится неизбежным и, следовательно, бессмысленным. Некоторые последствия уменьшения. Радиометрический способ измерения возраста горных пород. Один из доводов против относительно малого промежутка времени, прошедшего с момента Творения, - результаты радиометрического датирования, согласно которому возраст горных пород исчисляется сотнями миллионов лет. Доказано, что скорость радиоактивного распада связана со скоростью света. Следовательно, скорость радиоактивного распада в прошлом была гораздо выше, и продукты распада образовывались намного быстрей. Это должно было привести к неверному датированию. Породы, которым, судя по нынешней скорости распада, сотни миллионов лет, на самом деле могли образоваться всего лишь несколько тысяч лет назад. Свет из дальних галактик. Еще одно возражение против молодого возраста Вселенной - то, что свет от дальних галактик должен идти до Земли миллионы лет. Однако если в прошлом скорость света была в 10 10 раз выше, чем сейчас, свет мог проходить эти расстояния всего за несколько тысяч лет. Фоновое космическое излучение . Сеттерфилд уверяет, что скорость света изначально была в десять миллионов раз выше своего нынешнего значения в 299792.458 км/с. Самые старые звезды в центрах галактик (известные астрономам как звезды популяции II ) должны были испытывать столь высокий уровень радиоактивности, что очень большие звезды должны были взорваться как сверхновые, а звезды меньшей величины - превратиться в красные гиганты. Большая часть высвободившейся энергии была в форме рентгеновского излучения, которое (ввиду уменьшения частоты в десять миллионов раз в связи с уменьшением с ) наблюдается ныне как фоновое излучение в 2.8 градуса по Кельвину (это излучение принято объяснять последствиями Большого Взрыва). Суперлуминарии. Астрономы озадачены наблюдением материальных объектов, движущихся со скоростью во много раз выше скорости света. Однако мы наблюдаем события, которые происходили, когда скорость света была во много раз выше, и потому в регистрируемых сверхсветовых скоростях нет ничего невозможного. Сжимающаяся Вселенная. Уменьшение скорости света приводит к смещению частоты света дальних галактик в красную часть спектра. Обычно красное смещение объясняется эффектом Допплера при расширении Вселенной. Сеттерфилд вычислил, что красное смещение, вызванное уменьшением с , больше наблюдаемого значения. Это означает, что Вселенная сжимается, и фиолетовое допплеровское смещение частично компенсирует красное смещение, вызванное уменьшением скорости света. Таким образом, "космологическая константа" становится величиной скорей отрицательной, нежели положительной, как было бы в случае расширения Вселенной, и астрономам уже не нужно прибегать к таким понятиям, как "скрытая масса вселенной". Геологические эффекты. Теоретическая физика показывает, что вследствие уменьшения скорости света вязкость пород в прошлом была ниже, тепло передавалось быстрее, скорость движения электронов была выше. Это должно было отражаться на геологической активности. Потоки магмы в прошлом должны были двигаться быстрее; скорости конвекции и перемещения мантии были бы выше. Более быстрое движение электронов должно было приводить к сверхпроводимости в земном ядре и создавать высокое магнитное поле. Биологические последствия. В прошлом большее число фотонов достигало растений, и это должно было привести к более высокой скорости фотосинтеза. Окаменелые растения времен Потопа гораздо больше современных. Насекомые дышат посредством микроскопических воздушных капилляров, расположенных в их телах. Когда вязкость была ниже, а диффузия происходила быстрее, могли существовать более крупные насекомые, что и показывает нам летопись окаменелостей. У летучих насекомых и птиц соотношение подъемной силы к числу махов было бы выше, что должно было способствовать большей эффективности полета. Ученые с давних пор бились над вопросом: как могли летать птерозавры с размахом крыльев до восьми метров? У млекопитающих и человека ускорялись бы дыхательный процесс, кровообращение и многие другие жизненно важные функции, включая нервные импульсы. Большая скорость движения электронов и ионов могла даже приводить к тому, что человек в прошлые тысячелетия имел более высокий интеллект. Дополнительные свидетельства. Все вышесказанное базируется на многолетних взаимно независимых измерениях скорости света с и других физических величин, и полностью соответствует библейской модели Творения. С недавних времен стандарт времени основывается на "атомных часах", где используется частота колебания электронов в цезии. Эта частота связана со скоростью света, так что если с - не константа, то наш стандарт времени неверен. Традиционно время измерялось астрономическими периодами. В 1984 году Ван Фландерн ( Van Flandern ) из Национального Бюро Стандартов США опубликовал свои изыскания, доказывающие, что атомные часы замедляют свой ход относительно астрономического времени (Н.Б.С. (США) Специальная публикация 617 (1984)). Еще поздней русский ученый В.С. Троицкий из Института радиофизических исследований (г. Горький) пришел к выводу, что скорость света изначально была в 10 10 раз больше своего нынешнего значения. Он отмечает, что это влияло на скорость радиоактивного распада, и предполагает, что из-за уменьшения с Вселенная сжимается, несмотря на красное смещение. Троицкий приходит к выводу, что уменьшением скорости света объясняется высокая изотропность реликтового фонового излучения и сверхсветовая скорость в квазарах. В его работе ("Астрофизика и космическая наука", т. 139 (1987), сс. 389-411), опубликованной поздней, чем работа Сеттерфилда и Нормана, приведено множество математических уравнений. Как видно из сказанного выше, выводы Троицкого во многом совпадают с выводами Сеттерфилда, однако Троицкий не заключает из этого, что Вселенной всего несколько тысяч лет. В то время как Сеттерфилд доказывает уменьшение скорости света, основываясь на непосредственных измерениях, Троицкий приходит к тому же выводу в результате исследования красного смещения в дальних галактиках. Не все ученые противостоят идее уменьшения скорости света. Не так давно Лэмберт Т. Долфин ( Lambert T . Dolphin ), предложивший Норману и Сеттерфилду написать статью о проделанной ими работе для Стэнфордского исследовательского института, выступил с лекцией на данную тему перед семьюдесятью сотрудниками престижной лаборатории "Бэттелл" в Америке. Услышав гипотезу о том, что возраст Вселенной - менее десяти тысяч лет, никто из ученых не опротестовал ее. Напротив, по окончании лекции докладчика наградили бурными аплодисментами, и дискуссии на данную тему продолжались еще долго. *** Международная группа астрофизиков, возглавляемая Джоном Уэббом из Университета австралийского штата Новый Южный Уэльс , (3) определили, что, по крайней мере, за последние 12 миллиардов лет скорость света в вакууме неуклонно падала. Об этом говорят результаты двухлетних наблюдений за сверхдалекими квазарами, которые группа опубликовала в престижном журнале Physical Review Letters . (4) Для проверки постоянства констант группа Уэбба анализировала спектры света от 17 сверхдалеких квазаров (около 12 миллиардов световых лет), проходящего на своем пути сквозь газовые облака. Ученых интересовала величина так называемой постоянной тонкой структуры, характеризующей величину электромагнитного взаимодействия. Эта постоянная, равная 1/137, привлекательна для ученых, во-первых, своей безразмерностью и, во-вторых, тем, что не зависит от системы отсчета. Ученые исследовали с помощью одного из самых мощных оптических телескопов - 10-метрового телескопа Обсерватории на потухшем вулкане Мауна Кеа на Гавайях (5) – линии спектров указанных квазаров, которые могут рассказать не только о химическом составе облаков, пропустивших сквозь себя далекий свет, но и о характеристиках самого света. В частности, о величине постоянной тонкой структуры в веществе, образовавшем квазары. Значение этой постоянной определяет , каким образом атомы удерживаются вместе электромагнитными силами . Объяснить суть открытия можно на примере нашей Солнечной системы . Пусть вся она представляет собой атом , тогда планеты - это электроны , вращающиеся вокруг ядра . Если свет проходит через атом , фотоны определенных длин волн могут изменять позиции электронов . В нашем случае можно сказать , что Земля может переходить на орбиту Марса и т.д . Так вот альфа говорит об абсолютной точности таких перемен . Соответствующие длины волн света должны оказывать предсказуемый эффект для каждой с труктуры атомов . Однако когда ученые взглянули на прохождение света через атомы в ранней Вселенной (возрастом в 1 млрд . лет ), они увидели нечто другое. Структура таких атомов , скорее всего , немного различается , при этом и частота света , который ответствене н за выбивание электронов с одной орбиты на другую , так же несколько отлична , что говорит о неизвестных изменениях на ранних стадиях развития нашего мира . Так как скорость света является одним из составляющих в выражении постоянной тонкой структуры , то ли б о она меняется со временем , либо какие-то свойства Вселенной вынуждают атомы и электроны вести себе совершенно необъяснимо. Первые результаты были опубликованы в 1999 году и вызвали холодный прием ученого сообщества. С тех пор астрофизики существенно увеличили точность измерений и количество химических элементов, формирующих изучаемые спектральные линии. Теперь исследователи с уверенностью утверждают, что постоянная тонкой структуры увеличивалась со временем. А значит, падала скорость света или же рос заряд электрона. А именно они определяют эту константу. Так как второе маловероятно и вызвало бы переполох во Вселенной (хотя, по некоторым данным, заряд электрона не является неделимым ) (6) , то остается принять изменение скорости света. Все это ставит под сомнение многие положения общепринятых теорий космологии и физики микромира. Ведь они построены на неизменности констант. В то же время, результаты группы Уэбба "льют воду на мельницу" сторонников теории струн, пытающихся объединить все известные взаимодействия. Стандартные модели микро и макромира не допускают более четырех измерений. А теории струн и суперсимметрии предполагают, что Вселенная 10-мерная или даже 26-мерная. Физик Пол Стейнхардт из Принстонского университета (7) говорит, что "любое изменение в мелких измерениях Вселенной (которыми мы пренебрегаем в повседневной жизни) может менять и такие величины, как постоянная тонкой структуры". Изменения этой постоянной, зафиксированные группой Уэбба, равны одной миллионной ее доли. Между тем, ее изменение на более существенную величину привело бы к необратимым для нас последствиям: жизнь во Вселенной просто не возникла бы, так как атомы углерода - основа земной жизни - стали бы нестабильными. Несмотря на то, что ученые, проверившие представленную в журнал статью с результатами исследования, не смогли обнаружить никаких ошибок, большинство астрономов и физиков скептически восприняли их. Старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штейнберга Владимир Сурдин сказал в интервью vesti . ru , что "ни один прямой эксперимент пока не дал хорошего ограничения на скорость изменения констант. Гораздо лучше эту скорость ограничивают астрономические наблюдения, поскольку мы видим объекты, удаленные на несколько миллиардов световых лет, а косвенно можем заглядывать еще дальше". Шелдон Глашоу, лауреат Нобелевской премии из Бостонского университета , оценил важность этого потенциального открытия как "10 по десятибальной шкале". В то же время, он считает, что "есть большая вероятность существования более приземленного объяснения результатов". А Массимо Стиавелли из балтиморского Института космических телескопов (8) резонно отмечает, что "выдающиеся результаты требуют выдающейся проверки". *** Всем известно, что предельно возможной скоростью движения материальных объектов или распространения любых сигналов является скорость света в вакууме. Она обозначается буквой с и составляет почти 300 тысяч километров в секунду; точная величина с = 299 792 458 м/с . Скорость света в вакууме - одна из фундаментальных физических констант. Невозможность достижения скоростей, превышающих с, вытекает из специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Если бы удалось доказать, что возможна передача сигналов со сверхсветовой скоростью, теория относительности пала бы. Однако в экспериментальных исследованиях последнего времени обнаружились некоторые весьма интересные явления, свидетельствующие о том, что при специально созданных условиях можно наблюдать сверхсветовые скорости и при этом принципы теории относительности не нарушаются. В середине прошлого года в журналах появилось сенсационное сообщение о достижении сверхсветовой скорости. Группа американских исследователей обнаружила, что очень короткий лазерный импульс движется в особым образом подобранной среде в сотни раз быстрее, чем в вакууме. Это явление казалось совершенно невероятным (скорость света в среде всегда меньше, чем в вакууме) и даже породило сомнения в справедливости специальной теории относительности. Между тем сверхсветовой физический объект - лазерный импульс в усиливающей среде - был впервые обнаружен не в 2000 году, а на 35 лет раньше, в 1965 году, и возможность сверхсветового движения широко обсуждалась до начала 70-х годов. Вскоре после открытия лазеров - в начале 60-х годов - возникла проблема получения коротких (длительностью порядка 1 нс = 10 -9 секунды) импульсов света большой мощности. Для этого короткий лазерный импульс пропускался через оптический квантовый усилитель (среду с инверсной заселенностью). Импульс расщеплялся светоделительным зеркалом на две части. Одна из них, более мощная, направлялась в усилитель, а другая распространялась в воздухе и служила опорным импульсом, с которым можно было сравнивать импульс, прошедший через усилитель. Оба импульса подавались на фотоприемники, а их выходные сигналы могли визуально наблюдаться на экране осциллографа. Ожидалось, что световой импульс, проходящий через усилитель, испытает в нем некоторую задержку по сравнению с опорным импульсом, то есть скорость распространения света в усилителе будет меньше, чем в воздухе. Каково же было изумление исследователей, когда они обнаружили, что импульс распространялся через усилитель со скоростью не только большей, чем в воздухе, но и превышающей скорость света в вакууме в несколько раз! Оправившись от первого шока, физики стали искать причину столь неожиданного результата. Ни у кого не возникло даже малейшего сомнения в принципах специальной теории относительности, и именно это помогло найти правильное объяснение: если принципы СТО сохраняются, то ответ следует искать в свойствах усиливающей среды. Подробный анализ механизма действия усиливающей среды полностью прояснил ситуацию. Дело заключалось в изменении концентрации фотонов при распространении импульса - изменении, обусловленном изменением коэффициента усиления среды вплоть до отрицательного значения при прохождении задней части импульса, когда среда уже поглощает энергию, ибо ее собственный запас уже израсходован вследствие передачи ее световому импульсу. Поглощение вызывает не усиление, а ослабление импульса, и, таким образом, импульс оказывается усиленным в передней и ослабленным в задней его части. Представим себе, что мы наблюдаем за импульсом при помощи прибора, движущегося со скоростью света в среде усилителя. Если бы среда была прозрачной, мы видели бы застывший в неподвижности импульс. В среде же, в которой происходит упомянутый выше процесс, усиление переднего и ослабление заднего фронта импульса будет представляться наблюдателю так, что среда как бы подвинула импульс вперед. Но раз прибор (наблюдатель) движется со скоростью света, а импульс обгоняет его, то скорость импульса превышает скорость света! Именно этот эффект и был зарегистрирован экспериментаторами. И здесь действительно нет противоречия с теорией относительности: просто процесс усиления таков, что концентрация фотонов, вышедших раньше, оказывается больше, чем вышедших позже. Со сверхсветовой скоростью перемещаются не фотоны, а огибающая импульса, в частности его максимум, который и наблюдается на осциллографе. Таким образом, в то время как в обычных средах всегда происходит ослабление света и уменьшение его скорости, определяемое показателем преломления, в активных лазерных средах наблюдается не только усиление света, но и распространение импульса со сверхсветовой скоростью. Некоторые физики пытались экспериментально доказать наличие сверхсветового движения при туннельном эффекте - одном из наиболее удивительных явлений в квантовой механике. Этот эффект состоит в том, что микрочастица (точнее говоря, микрообъект, в разных условиях проявляющий как свойства частицы, так и свойства волны) способна проникать через так называемый потенциальный барьер - явление, совершенно невозможное в классической механике (в которой аналогом была бы такая ситуация: брошенный в стену мяч оказался бы по другую сторону стены или же волнообразное движение, приданное привязанной к стене веревке, передавалось бы веревке, привязанной к стене с другой стороны). Сущность туннельного эффекта в квантовой механике состоит в следующем. Если микрообъект, обладающий определенной энергией, встречает на своем пути область с потенциальной энергией, превышающей энергию микрообъекта, эта область является для него барьером, высота которого определяется разностью энергий. Но микрообъект "просачивается" через барьер! Такую возможность дает ему известное соотношение неопределенностей Гейзенберга, записанное для энергии и времени взаимодействия. Если взаимодействие микрообъекта с барьером происходит в течение достаточно определенного времени, то энергия микрообъекта будет, наоборот, характеризоваться неопределенностью, и если эта неопределенность будет порядка высоты барьера, то последний перестает быть для микрообъекта непреодолимым препятствием. Вот скорость проникновения через потенциальный барьер и стала предметом исследований ряда физиков, полагающих, что она может превышать скорость света. В июне 1998 года в Кёльне состоялся международный симпозиум по проблемам сверхсветовых движений, где обсуждались результаты, полученные в четырех лабораториях - в Беркли, Вене, Кёльне и во Флоренции. И, наконец, в 2000 году появились сообщения о двух новых экспериментах, в которых проявились эффекты сверхсветового распространения. В исследовании, выполненном в научно-исследовательском институте в Принстоне (США), физики элементарных частиц во главе с Лиджун Вонгом показали, что световой импульс, входящий в камеру, наполненную парами цезия, увеличивает свою скорость в 300 раз по отношению к нормальной скорости. Последствия подобной скорости являются ошеломляющими. Получалось, что главная часть импульса выходит из дальней стенки камеры даже раньше, чем импульс входит в камеру через переднюю стенку. Такая ситуация противоречит не только здравому смыслу, но, в сущности, и теории относительности. Сообщение Л. Вонга вызвало интенсивное обсуждение в кругу физиков, большинство которых не склонны видеть в полученных результатах нарушение принципов относительности. Беспокоит их то, что, если свет мог бы распространяться, опережая время, он мог бы нести информацию. Это нарушило бы один из основных принципов в физике - причинную связь, которая говорит, что причина должна предшествовать следствию. Задача же состоит в том, полагают они, чтобы правильно объяснить этот эксперимент. Эксперимент Лиджуна Вонга заключался в следующем. Сквозь камеру длиной 6 сантиметров, наполненную парами цезия, лазерный импульс проходит со скоростью в 310 раз большей скорости света. Приходящий импульс еще не успел подойти к ближней стенке камеры, как прошедший сквозь нее удалился на 19 метров! Время прохождения импульса сквозь камеру оказывается "отрицательным". В эксперименте Л.Вонга световой импульс, входящий в камеру с парами цезия, имел длительность около 3 мкс. Атомы цезия могут находиться в шестнадцати возможных квантовомеханических состояниях, называемых "сверхтонкие магнитные подуровни основного состояния". При помощи оптической лазерной накачки почти все атомы приводились только в одно из этих шестнадцати состояний, соответствующее почти абсолютному нулю температуры по шкале Кельвина (-273,15 о C ). Длина цезиевой камеры составляла 6 сантиметров. В вакууме свет проходит 6 сантиметров за 0,2 нс. Через камеру же с цезием, как показали выполненные измерения, световой импульс проходил за время на 62 нс меньшее, чем в вакууме. Другими словами, время прохождения импульса через цезиевую среду имеет знак "минус"! Действительно, если из 0,2 нс вычесть 62 нс, получим "отрицательное" время. Эта "отрицательная задержка" в среде - непостижимый временной скачок - равен времени, в течение которого импульс совершил бы 310 проходов через камеру в вакууме. Следствием этого "временного переворота" явилось то, что выходящий из камеры импульс успел удалиться от нее на 19 метров, прежде чем приходящий импульс достиг ближней стенки камеры. Как же можно объяснить такую невероятную ситуацию (если, конечно, не сомневаться в чистоте эксперимента)? (9) Судя по развернувшейся дискуссии, точное объяснение еще не найдено. Недаром, обозревая на своем семинаре в знаменитом Физическом институте Академии наук (ФИАН) последнюю физическую литературу, академику Виталию Лазаревичу Гинзбургу пришлось констатировать, что после 75 лет бесчисленных применений квантовой теории, ее по-настоящему еще не поняли: "Во всех журналах и даже, кажется, в наших газетах пишут, что трудящиеся нашли частицы, которые движутся быстрее скорости света. Все об этом шумят, но все это не так", - так начал он свой комментарий к скандальным сообщениям об экспериментах в Принстоне по преодолению скорости света. Подобных сообщений, разных по тональности, степени истеричности и количеству домыслов в последнее время действительно было много: названиями "Скорость света преодолена", "Эврика! Ученые преодолели скорость света", "Превышена скорость света?" пестрели сообщения BBC , "Санди таймс", ИТАР-ТАСС, АПН. Но всех переплюнуло сетевое издание gazeta . ru , поместив на своих web -страницах статью "Эйнштейн переворачивается в гробу быстрее скорости света". Весь дальнейший текст был в том же духе: "разрушена теория относительности", "человечество на пороге создания машины времени и нуль-телепортации", "полностью разрушен постулат о предельности скорости света"... И все-таки нельзя сказать, что журналистская шумиха вокруг преодоления якобы скорости света возникла на пустом месте, да и физики признают: есть что обсудить после недавних экспериментов в институте NEC в Принстоне. Однако вернёмся к эксперименту Л. Вонга. Несомненно, что здесь играют роль необычные дисперсионные свойства среды: пары цезия, состоящие из возбужденных лазерным светом атомов, представляют собой среду с аномальной дисперсией. Дисперсией вещества называется зависимость фазового (обычного) показателя преломления n от длины волны света . При нормальной дисперсии показатель преломления увеличивается с уменьшением длины волны, и это имеет место в стекле, воде, воздухе и всех других прозрачных для света веществах. В веществах же, сильно поглощающих свет, ход показателя преломления с изменением длины волны меняется на обратный и становится гораздо круче: при уменьшении (увеличении частоты w ) показатель преломления резко уменьшается и в некоторой области длин волн становится меньше единицы (фазовая скорость V ф > с ). Это и есть аномальная дисперсия, при которой картина распространения света в веществе меняется радикальным образом. Групповая скорость V гр становится больше фазовой скорости волн и может превысить скорость света в вакууме (а также стать отрицательной). Л. Вонг указывает на это обстоятельство как на причину, лежащую в основе возможности объяснения результатов его эксперимента. Следует, однако, заметить, что условие V гр > с является чисто формальным, так как понятие групповой скорости введено для случая малой (нормальной) дисперсии, для прозрачных сред, когда группа волн при распространении почти не меняет своей формы. В областях же аномальной дисперсии световой импульс быстро деформируется, и понятие групповой скорости теряет смысл; в этом случае вводятся понятия скорости сигнала и скорости распространения энергии, которые в прозрачных средах совпадают с групповой скоростью, а в средах с поглощением остаются меньше скорости света в вакууме. Но вот что интересно в эксперименте Вонга: световой импульс, пройдя через среду с аномальной дисперсией, не деформируется - он в точности сохраняет свою форму! А это соответствует допущению о распространении импульса с групповой скоростью. Но если так, то получается, что в среде отсутствует поглощение, хотя аномальная дисперсия среды обусловлена именно поглощением! Сам Вонг, признавая, что многое еще остается неясным, полагает, что происходящее в его экспериментальной установке можно в первом приближении наглядно объяснить следующим образом. Световой импульс состоит из множества составляющих с различными длинами волн (частотами). На рисунке показаны три из этих составляющих (волны 1-3). В некоторой точке все три волны находятся в фазе (их максимумы совпадают); здесь они, складываясь, усиливают друг друга и образуют импульс. По мере дальнейшего распространения в пространстве волны расфазируются и тем самым "гасят" друг друга. В области аномальной дисперсии (внутри цезиевой ячейки) волна, которая была короче (волна 1), становится длиннее. И наоборот, волна, бывшая самой длинной из трех (волна 3), становится самой короткой. Следовательно, соответственно меняются и фазы волн. Когда волны прошли через цезиевую ячейку, их волновые фронты восстанавливаются. Претерпев необычную фазовую модуляцию в веществе с аномальной дисперсией, три рассматриваемые волны вновь оказываются в фазе в некоторой точке. Здесь они снова складываются и образуют импульс точно такой же формы, как и входящий в цезиевую среду. Обычно в воздухе и фактически в любой прозрачной среде с нормальной дисперсией световой импульс не может точно сохранять свою форму при распространении на удаленное расстояние, то есть все его составляющие не могут быть сфазированы в какой-либо удаленной точке вдоль пути распространения. И в обычных условиях световой импульс в такой удаленной точке появляется спустя некоторое время. Однако вследствие аномальных свойств использованной в эксперименте среды импульс в удаленной точке оказался сфазирован так же, как и при входе в эту среду. Таким образом, световой импульс ведет себя так, как если бы он имел отрицательную временную задержку на пути до удаленной точки, то есть пришел бы в нее не позже, а раньше, чем прошел среду! Большая часть физиков склонна связывать этот результат с возникновением низкоинтенсивного предвестника в диспергирующей среде камеры. Дело в том, что при спектральном разложении импульса в спектре присутствуют составляющие сколь угодно высоких частот с ничтожно малой амплитудой, так называемый предвестник, идущий впереди "главной части" импульса. Характер установления и форма предвестника зависят от закона дисперсии в среде. Имея это в виду, последовательность событий в эксперименте Вонга предлагается интерпретировать следующим образом. Приходящая волна, "простирая" предвестник впереди себя, приближается к камере. Прежде чем пик приходящей волны попадет на ближнюю стенку камеры, предвестник инициирует возникновение импульса в камере, который доходит до дальней стенки и отражается от нее, образуя "обратную волну". Эта волна, распространяясь в 300 раз быстрее с , достигает ближней стенки и встречается с приходящей волной. Пики одной волны встречаются со впадинами другой, так что они уничтожают друг друга и в результате ничего не остается. Получается, что приходящая волна "возвращает долг" атомам цезия, которые "одалживали" ей энергию на другом конце камеры. Тот, кто наблюдал бы только начало и конец эксперимента, увидел бы лишь импульс света, который "прыгнул" вперед во времени, двигаясь быстрее с . Л. Вонг считает, что его эксперимент не согласуется с теорией относительности. Утверждение о недостижимости сверхсветовой скорости, полагает он, применимо только к объектам, обладающим массой покоя. Свет может быть представлен либо в виде волн, к которым вообще неприменимо понятие массы, либо в виде фотонов с массой покоя, как известно, равной нулю. Поэтому скорость света в вакууме, считает Вонг, не предел. Тем не менее Вонг признает, что обнаруженный им эффект не дает возможности передавать информацию со скоростью больше с . Хотя: 1."Информация здесь уже заключена в переднем крае импульса, - говорит П. Милонни, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории США. - И может создаться впечатление о сверхсветовой посылке информации, даже когда вы ее не посылаете". 2. Большинство физиков считают, что новая работа не наносит сокрушительного удара по фундаментальным принципам. Сверхсветовая радиоволна. Но не все физики полагают, что проблема улажена. Профессор А. Ранфагни из итальянской исследовательской группы, осуществившей еще один интересный эксперимент 2000 года, считает, что вопрос еще остается открытым. Этот эксперимент, проведенный Даниэлом Мугнаи, Анедио Ранфагни и Рокко Руггери, обнаружил, что радиоволны сантиметрового диапазона в обычном воздухе распространяются со скоростью, превышающей с на 25%. В эксперименте Д. Мугнаи, А. Ранфагни и Р. Руггери измерялось время распространения прямоугольных импульсов, которыми модулировались радиоволны длиной 3,5 см на дистанциях от 0,3 до 1,4 м при двух различных значениях угловой ширины 2 q выходящего из передающей антенны радиолуча (32 о и 46 о ). Экспериментаторы считают, что скорость распространения V подчиняется соотношению V = c / cos , и поскольку cos меньше единицы, то V > c . Заметим, что приведенное соотношение хорошо известно в волноводной технике и выражает собой фазовую скорость распространения электромагнитного поля в волноводе, а групповая скорость равна произведению с* cosq , которое меньше с . В воздухе же для радиоволн сантиметрового диапазона дисперсия практически отсутствует, то есть V гр = V ф = V . Вот для этого случая авторы и получили значение V >с . Однако внимательный анализ этого эксперимента порождает большие сомнения в корректности вывода авторов. Полученный результат относится к так называемой ближней зоне, где сильно проявляется дифракция на краях зеркала передающей антенны. Это существенно искажает измерения и приводит к тому, что, вообще говоря, можно получить самые разные результаты. При удалении же от ближней зоны (уже на расстоянии 1,2-1,3 м от передающей антенны), как следует из графиков, приводимых в статье, получается V = c . Статья об эксперименте с подробным его описанием опубликована в выпуске журнала Physical Review Letters от 22 мая 2000 года (т. 84, № 21). Сверхсветовая скорость? Это просто. Уместно подчеркнуть, что "сверхсветовой запрет" теории относительности накладывается только на движение материальных тел и передачу сигналов. Во многих ситуациях возможно движение с любой скоростью, но это будет движение не материальных объектов и не сигналов. Например, представим себе две лежащие в одной плоскости достаточно длинные линейки, одна из которых расположена горизонтально, а другая пересекает ее под малым углом. Если первую линейку двигать вниз (в направлении, указанном стрелкой) с большой скоростью, точку пересечения линеек можно заставить бежать сколь угодно быстро, но эта точка - не материальное тело. Другой пример: если взять фонарик (или, скажем, лазер, дающий узкий луч) и быстро описать им в воздухе дугу, то линейная скорость светового зайчика будет увеличиваться с расстоянием и на достаточно большом удалении превысит с. Световое пятно переместится между точками А и В со сверхсветовой скоростью, но это не будет передачей сигнала из А в В, так как такой световой зайчик не несет никакой информации о точке А. Казалось бы, вопрос о сверхсветовых скоростях решен. Но в 60-х годах двадцатого столетия физиками-теоретиками была выдвинута гипотеза существования сверхсветовых частиц, названных тахионами. Это очень странные частицы: теоретически они возможны, но во избежание противоречий с теорией относительности им пришлось приписать мнимую массу покоя. Физически мнимая масса не существует, это чисто математическая абстракция. Однако это не вызвало особой тревоги, поскольку тахионы не могут находиться в покое - они существуют (если существуют!) только при скоростях, превышающих скорость света в вакууме, а в этом случае масса тахиона оказывается вещественной. Здесь есть некоторая аналогия с фотонами: у фотона масса покоя равна нулю, но это просто означает, что фотон не может находиться в покое - свет нельзя остановить. Хотя с последним утверждением можно и поспорить . Наиболее сложным оказалось, как и следовало ожидать, примирить тахионную гипотезу с законом причинности. Попытки, предпринимавшиеся в этом направлении, хотя и были достаточно остроумными, не привели к явному успеху. Экспериментально зарегистрировать тахионы также никому не удалось. В итоге интерес к тахионам как к сверхсветовым элементарным частицам постепенно сошел на нет. *** Американские физики поставили действительно красивый эксперимент, грамотно использовав свойства нелинейности специально организованной оптической среды с весьма необычным коэффициентом преломления света, содержавшей атомы цезия, охлажденные чуть ли не до абсолютного нуля. Словом, на выходе из ячейки с этой средой им удалось зафиксировать появление импульса света еще до того, как он вошел туда, то есть скорость распространения этого светового импульса (групповая скорость) оказалась выше скорости распространения света в вакууме - теоретически возможного предела. И все же физики (и наши, и зарубежные) утверждают, что основы современной физики остались непоколебимы и принцип относительности не опровергнут. По их мнению, ученым из Принстона удалось лишь показать, что распространением света можно манипулировать способами, которые могли бы удивить (но не опровергнуть!) самого Эйнштейна. Вся хитрость состоит в том, что световой импульс представляет собой суммарный ансамбль волн различной частоты. Поэтому следует различать фазовую скорость отдельной волны-компоненты и так называемую групповую скорость импульса в целом. Когда такой ансамбль попадает в среду, в которой волны разной частоты преломляются по-разному, с ним могут происходить разные интересные превращения. Манипулируя отдельными компонентами светового импульса, его групповую скорость можно замедлять (что сделали еще в прошлом году в Гарварде, "доведя" ее всего лишь до 17 м/с), а можно и увеличить (хотя каждая из компонент светового пучка при этом не превышает положенные 300 тыс. км/с), что, правда, сложнее: по некоторым физическим причинам импульс света в среде может быть сильно ослаблен и искажен, так что детектировать его становится весьма трудно. Но исследователи из NEC -института обошли эту сложность, запустив два идентичных лазерных луча, слегка лишь отличающихся по частоте. Этот маневр позволил им не только сохранить форму импульса света, но и сместить его пик вперед во времени, так что, как говорят сами исследователи, "казалось, что пик импульса покидает ячейку до того, как в нее вошел". Однако, по мнению руководителя работ Л.Ванг, это "лишь разновидность логической ошибки". Ведь полученная в эксперименте групповая скорость светового импульса была отрицательна по величине, то есть противоположно направлена! Отсюда и ощущение, что импульс покинул камеру за одну 62-миллиардную долю секунды до входа в нее. Хотя эксперименты по "ускорению" светового импульса действительно интересны, они не имеют отношения к теории относительности и не позволяют создавать сверхскоростные компьютеры, способные передавать информацию со "сверхсветовой" скоростью, как поспешили сообщить некоторые информационные агентства. Единственный вывод, который пока сделали физики, - проведенные эксперименты могут стимулировать дальнейшую дискуссию, как правильно детектировать появление световых сигналов. Как пояснил ведущий научный сотрудник Института общей физики РАН профессор Владимир Быков, теория относительности запрещает не все сверхсветовые движения, а лишь те, в которых проявляются причинно-следственные связи. Например, положение и скорость того или иного тела являются причиной его появления позже в другой точке. Поэтому движения тел невозможны, согласно теории относительности, со сверхсветовой скоростью. К таким движениям относятся также все движения, связанные с переносом информации и энергии. Но имеются движения другого типа. Так, если с помощью зеркала направить солнечный зайчик на стену соседнего дома, то его положение на стене не является следствием его положения в другом месте в предыдущие моменты времени. Положение зайчика зависит лишь от наклона зеркала в руках наблюдателя. Поэтому зайчик может перемещаться по стене со сверхсветовой скоростью. Проявления таких "зайчиковых" эффектов имеют место как в природе, так и в физических экспериментах. С теоретической точки зрения такие эффекты давно и подробно изучены в работах В.Л. Гинзбурга, Б.М. Болотовского и других ученых. Особенно ярко они проявляются в активных средах, то есть в средах, обладающих усилением. Так, в лабораториях ФИАН и ИОФАН несколько лет назад наблюдались импульсы, движущиеся в активной среде со скоростью, в несколько раз превышающей скорость света в пустоте, и это нисколько не противоречило теории относительности. По-видимому, эффекты, наблюдавшиеся в Принстоне, относятся как раз к такому типу. Что касается многочисленных "опровержений" Эйнштейна, то профессор Быков назвал их легкомысленными и совершенно неуместными. *** Работы последних лет показывают, что при определенных условиях сверхсветовая скорость действительно может иметь место. Но что именно движется со сверхсветовой скоростью? Теория относительности, как уже упоминалось, запрещает такую скорость для материальных тел и для сигналов, несущих информацию. Тем не менее, некоторые исследователи весьма настойчиво пытаются продемонстрировать преодоление светового барьера именно для сигналов. Причина этого кроется в том, что в специальной теории относительности нет строгого математического обоснования (базирующегося, скажем, на уравнениях Максвелла для электромагнитного поля) невозможности передачи сигналов со скоростью больше с . Такая невозможность в СТО устанавливается, можно сказать, чисто арифметически, исходя из эйнштейновской формулы сложения скоростей VU ( v + u ) = ( V + U )/(1+ V * U / c 2 ) , но фундаментальным образом это подтверждается принципом причинности. Сам Эйнштейн, рассматривая вопрос о сверхсветовой передаче сигналов, писал, что в этом случае "...мы вынуждены считать возможным механизм передачи сигнала, при использовании которого достигаемое действие предшествует причине. Но, хотя этот результат с чисто логической точки зрения и не содержит в себе, по-моему, никаких противоречий, он все же настолько противоречит характеру всего нашего опыта, что невозможность предположения V >с представляется в достаточной степени доказанной". Принцип причинности - вот тот краеугольный камень, который лежит в основе невозможности сверхсветовой передачи сигналов. И об этот камень, по-видимому, будут спотыкаться все без исключения поиски сверхсветовых сигналов, как бы экспериментаторам не хотелось такие сигналы обнаружить, ибо такова природа нашего мира. В заключение следует подчеркнуть, что все вышеизложенное относится именно к нашему миру, к нашей Вселенной. Такая оговорка сделана потому, что в последнее время в астрофизике и космологии появляются новые гипотезы, допускающие существование множества скрытых от нас Вселенных, соединенных топологическими туннелями - перемычками. Такой точки зрения придерживается, например, известный астрофизик Н.С. Кардашев. Для внешнего наблюдателя входы в эти туннели обозначаются аномальными полями тяготения, подобно черным дырам. Перемещения в таких туннелях, как предполагают авторы гипотез, позволят обойти ограничение скорости движения, накладываемое в обычном пространстве скоростью света, и, следовательно, реализовать идею о создании машины времени... Не исключено, что в подобных Вселенных действительно могут происходить необычные для нас вещи. И хотя пока что такие гипотезы слишком уж напоминают сюжеты из научной фантастики, вряд ли следует категорически отвергать принципиальную возможность многоэлементной модели устройства материального мира. Другое дело, что все эти другие Вселенные, скорее всего, останутся чисто математическими построениями физиков-теоретиков, живущих в нашей Вселенной и силой своей мысли пытающихся нащупать закрытые для нас миры... (10) Источники : § Internet (1) Яндекс. Новости. (2) Malcolm Bowden, CEng, MICE, MI Struct E. Decrease in the Speed of Light Creation Science Movement (UK), Pamphlet 262. Перевод с английского Е.Канищевой ХНАЦ 1998. (3) http :// www . unsw . edu . au / (4) http :// prl . aps . org / (5) http :// www 2. keck . hawaii . edu :3636/ (6) http :// nauka . hotmail . ru / physics / electrino . html (7) http :// www . princeton . edu / (8) http :// www . stsci . edu / (9) http :// science . ng . ru / opinions /2000-11-22/1_ event . html (10) По статье доктора технических наук А. Голубева. § УФН